高中化学一轮复习 第六单元 第29讲 化学与工农业生产课件.ppt

1、,第六单元化学与技术(选考),第29讲,化学与工农业生产,考纲导视 考纲定位 1.了解我国无机化工的生产资源和产品的主要种类。 2.了解合成氨的主要原理、原料、重要设备、流程和意义， 认识催化剂的研制对促进化学工业发展的重大意义。 3.了解精细化工产品的生产特点及在社会发展中的作用。 4.了解化学肥料、农药等在农业生产中的作用。,基础反馈 正误判断，正确的画“”，错误的画“”。 (1)国际上提出的“绿色化学”是指在化工生产中少用或,不用有害物质以及少排放或不排放有害物质(,)。,(2)与以黄铁矿为原料的生产工艺相比，以硫黄为原料的生,产工艺的特点是 SO2 的转化率提高(,)。,(3)对于可逆

2、反应 N2(g)3H2(g) 2NH3(g) H0，加入 催化剂可以缩短到达平衡的时间，这是因为加快了正反应的速,率，而减慢了逆反应的速率(,)。,(4)合成氨工业使反应混合物中的氨液化有利于合成氨的,反应能用勒夏特列原理解释(,)。,(5)氨碱法生产纯碱的原料便宜易得，步骤简单，是最早的,制碱工艺(,)。,(6)索尔维制碱法析出 NaHCO3 后的母液中已无 NaCl，只有,NH4Cl(,)。,(7)硫酸工业的尾气必须回收、净化处理，主要为了充分利,用原料(,)。,(8)可逆反应 X(g)2Y(g),2Z(g)(正反应吸热)。为了有,利于 Z 的生成，应采用的反应条件是高温低压(,)。,(9

3、)合成氨工业中，从合成塔出来的混合气体，其中NH3只,占15%，所以生产氨的工厂的效率都很低(,)。,(10)分别用炒锅加热纯碱和小苏打样品，全部分解挥发，,没有残留物的是小苏打(,)。,答案：(1),(2),(3),(4),(5),(6),(7),(8),(9),(10),考点一,硫酸工业,【知识梳理】 1合成硫酸的三种原料：_、_、_。 2三个主要反应：造气：_； 接触氧化：_；三氧 化硫的吸收：_。 3黄铁矿制硫酸的三个主要设备：_、_、 _。,硫黄(或黄铁矿),空气,水,S(s)O2(g)=SO2(g),H297 kJmol1,2SO2(g)O2(g),2SO3(g),H196.6 k

4、Jmol1,SO3(g)H2O(l)=H2SO4(l),H130.0 kJmol1,沸腾炉,吸收塔,接触室,4接触室中三个反应条件：_的温度；常压操,作；适当_的空气提高 SO2 的转化率。,400 500 ,过量,5“三废”处理和能量综合利用。 (1)“三废”处理方法：尾气吸收：_ _，CaSO3H2SO4=CaSO4SO2H2O； 废水处理：根据杂质的性质，采用不同的化学方法，如酸碱中 和法、重金属离子沉淀法；废渣利用：制砖或制造水泥，提炼,贵重金属。,CaSO3H2O,SO2Ca(OH)2=,(2)能量的充分利用：硫酸生产中的反应热可用于预热反应 物满足自身能量的需要，还可以由硫酸厂向外

5、界输出大量能量 (供热发电)。,【考点集训】 例1在硫酸工业生产中，SO3的吸收过程是在吸收塔(如右 图)中进行的，吸收塔里还装入大量瓷环。下列有关说法中，,A从处通入 SO3，整个吸收操作采取逆流的形式,B从处喷下 98.3%的硫酸，瓷环的作用是增大接触面积 C从处导出的气体只含有少量 SO2，可直接排入大气 D从处流出的是可用水或稀硫酸稀释的硫酸 答案：C,例2以黄铁矿为原料，采用接触法生产硫酸的流程可简示,如下：,请回答下列问题：,(1)在炉气制造中，生成 SO2 的化学方程式为_。 (2)炉气精制的作用是将含 SO2 的炉气_、_ 及干燥，如果炉气不经过精制，对 SO2 催化氧化的影响

6、是_ _。,(3)精制炉气(含 SO2体积分数为7%、O2为11%、N2为82%) 中 SO2 平衡转化率与温度及压强关系如图所示。在实际生产中， SO2 催化氧化反应的条件选择常压、450 左右(对应图中 A 点)， 而没有选择 SO2 转化率更高的 B 或 C 点对应的反应条件，其原 因分别是_、 _。,(4)在 SO2 催化氧化设备中设置热交换器的目的是_，,从而充分利用能源。,思路指导：SO2 在催化氧化过程中，炉气中含有的砷、硒 化合物等杂质和矿尘，都会使催化剂中毒，失去催化能力。,答案：(1)4FeS211O2,2Fe2O38SO2,(2)除尘,水洗,矿尘，砷、硒等元素的化合物使催

7、化剂中,毒，水蒸气对设备和生产有不良影响 (3)不选 B 点，是因为压强大对设备的投资大，消耗的动能,大，同温度下 SO2 原料的转化率在 0.1 MPa 已达到 97%左右,不,选择 C 点，是因为温度低，SO2 转化率虽然更高，但催化剂的 催化作用受影响，反应速率低，450 时，催化剂的催化效率 最高 (4)利用反应放出的热量预热原料气,例3(2015 年辽宁大连质检)硫酸工厂排放的尾气中，含少 量的二氧化硫。为防止污染大气，在排放前必须进行尾气处理 并设法进行综合利用。,(1)硫酸工厂排放尾气中的 SO2 通常用足量石灰水吸收，然,后再用稀硫酸处理。,写出上述过程的化学反应方程式：_,_

8、。,请写出这种尾气处理方法的优点(写出两点即可): _ _。,若某硫酸厂每天排放的 1 万立方米(标准状况)尾气中含 0.2%(体积百分数)的 SO2，通过上述方法处理，理论上需生石灰 _kg。,(2)近年美国和日本正在研究用 Na2SO3 吸收法作为治理 SO2污染的一种新方法，该方法为第一步是用Na2SO3水溶液吸 收 SO2，第二步是加热吸收溶液，可得到含高浓度 SO2 的水蒸 气副产品。这种尾气处理方法与(1)相比的优点是_ _。,(3)某研究小组用 NaOH 溶液吸收尾气中的二氧化硫，将所 得的 Na2SO3 溶液进行电解循环再生，这种新工艺叫再生循环脱 硫法；其中阴阳膜组合循环再生

9、机理如图，a、b 离子交换膜将 电解槽分为三个区域，电极材料为石墨。,图中a表示_离子交换膜(填“阴”或“阳”)。A E 分别代表生产中的原料或产品，其中 C 为硫酸，则 A 表示 _，E 表示_。,阳极的电极反应式为_。,H2,答案：(1)SO2Ca(OH)2=CaSO3H2O、CaSO3H2SO4,=CaSO4SO2H2O,原料生石灰、硫酸价格便宜且容,易获得；可得到石膏副产品；产生的 SO2 含量较高可循环作为,原料(任选两点),50,(2)Na2SO3 可循环使用,(3)阳,NaOH,方法技巧,化学原理在硫酸工业生产中的应用,(1)逆流原理：沸腾炉中原料从炉顶落下，热空气从炉底吹 入，

10、使原料与助燃气体充分接触，反应充分进行；吸收塔中使 用大量耐酸瓷环(片)，浓硫酸从塔顶喷下，三氧化硫气体从塔 底吹入，提高吸收程度。,(2)热交换原理：由于 2SO2O2,2SO3是放热反应，,在接触室内使用热交换器，用反应放出的热量预热接触室的原 料气，达到节约能源，降低生产成本的目的。,(3)循环操作原理：由于2SO2O2,2SO3是可逆反,应，尾气中还有一定的SO2和O2，再通过一定措施将这部分气 体送回接触室，提高原料利用率，同时减少废气排放。,考点二,合成氨工业,【知识梳理】,1反应原理：N2(g)3H2(g),2NH3(g) H0,2基本生产过程：,加压,降温液化,(1)造气：将空

11、气_、_后蒸发分离出 O2 而获得 N2；或将空气通过灼热的碳生成 CO2，再除去 CO2 后得 N2。H2 来源于水蒸气和燃料(焦炭、煤、石油、天然气等)的反 应，反应方程式为_。,CH2O(g),COH2，COH2O(g),CO2H2,(2)净化：原料气中的主要杂质 H2S、CO、CO2、O2 等会导 致催化剂中毒。H2S 用_吸收，反应方程式：_ _；CO 首先被氧化生成 CO2，再被 _ 吸收，反应方程式为_ 、 _。 (3)合成与分离：合成氨的主要设备为_。氨的分离 是通过_将氨液化，然后将液氨分离，分离出来的混合 气体经循环压缩机，再送到_中继续合成。合成氨的流程,为：原料气的制取

12、净化压缩,液氨。,氨水,H2S=NH4HSH2O,NH3H2O,K2CO3 溶液,COH2O,CO2H2,K2CO3CO2H2O=2KHCO3,合成塔,合成塔,冷凝器,3合成氨条件的选择：温度：_ ；压强： _；催化剂：以_为主的催化剂。,400 500 ,10 MPa30 MPa,铁,【考点集训】 例4(2014 年天津卷)合成氨是人类科学技术上的一项重大,突破，其反应原理为 N2(g)3H2(g),2NH3(g),H92.4,kJmol1,一种工业合成氨的简易流程图如下：,H41.2 kJmol1，对于反应，一定可以提高平衡体系,(1)步骤中制氢气原理如下：CH4(g)H2O(g),CO(

13、g),3H2(g),H 206.4 kJmol1,CO(g) H2O(g),CO2(g) ,H2(g),中H2 百分含量，又能加快反应速率的措施是_。,a升高温度 c加入催化剂,b增大水蒸气浓度 d降低压强,利用反应，将CO进一步转化，可提高 H2 的产量。若1 mol CO 和 H2 的混合气体(CO 的体积分数为 20%)与 H2O 反应，得 到 1.18 mol CO 、 CO2 和 H2 的 混 合 气 体 ， 则 CO 转 化 率 为 _。,(2)图甲表示 500 、60.0 MPa 条件下，原料气投料比与平 衡时 NH3 体积分数的关系。根据图中 a 点数据计算 N2 的平衡体 积

14、分数：_。,(3)依据温度对合成氨反应的影响，在图乙坐标系中，画出 一定条件下的密闭容器内，从通入原料气开始，随温度不断升 高，NH3 物质的量变化的曲线示意图。,(4)上述流程图中，使合成氨放出的能量得到充分利用的主 要步骤是(填序号)_。简述本流程中提高合成氨原料总 转化率的方法：_。,解析：(1)反应是一个吸热反应，升高温度平衡正向移动， 将会增加 H2 的百分含量，同时提高反应速率；增大水蒸气的浓 度，会提高反应速率，但 H2 的百分含量会降低；加入催化剂， 不会引起 H2 百分含量的改变；降低压强，反应速率减小。设 CO 反应了n mol。,CO(g)H2O(g),CO2(g)H2(

15、g),起始量/mol 变化量/mol 平衡量/mol,0.2 n 0.2n,0 n n,0.8 n 0.8n,则：0.2nn0.8n1.18 解得：n0.18,CO 的转化率为,0.18 mol 0.2 mol,100%90%。,100%42%，解得 m0.59，所以平衡,(2)a 点时，H2、N2物质的量之比为31，设投入N2和H2 的物质的量分别是1 mol、3 mol，平衡时N2 反应掉m mol。,N2(g) ,3H2(g),2NH3(g),起始量/mol 变化量/mol 平衡量/mol,1 m 1m,3 3m 33m,0 2m 2m,根据题意：,2m 42m,(10.59)mol 时

16、N2 的体积分数为 (420.59)mol,100%14.5%。,(3)通入原料气，反应开始，温度达到一定程度时反应开始， 氨气的量增加，因为合成氨是一个放热反应，当达到平衡后温 度升高，氨气的含量将减小。,(2)14.5%,答案：(1)a 90% (3),对原料气加压；分离液氨后，未反应的 N2、H2 循,(4) 环使用,例5(2015 年辽宁沈阳模拟)制取硝酸铵的流程图如下：,请回答下列问题：,(1)合成氨原料的来源：_。,(2)已知N2(g)3H2(g),2NH3(g),H92 kJmol1。,请解释：可逆反应：_。为有效 提高氨的产率，实际生产中宜采取的措施是_。 (3)氨催化氧化的化

17、学方程式为_， 铂-铑合金网的作用为_，铂-铑合金网未预热也呈红 热状态的原因是_。 (4)生产硝酸的过程中常会产生一些氮的氧化物，如何消除 它们对大气的污染：_，写出有关化学反 应方程式： _。,(5)硝酸铵的两种主要用途是_。 (6)在一定温度和压强的密闭容器中，将 H2 和 N2 混合，混 合物平均相对分子质量为8.5，当该反应达到平衡时，测出平衡 混合气的平均相对分子质量为 10，试求此时 N2 的转化率和平 衡混合气体中 NH3 的体积分数分别为_、 _。, ，x3.4，反,解析：(6)根据“十字交叉法”可得：,，则,n(N2)n(H2)6.519.513。设反应前混合气体的总物质的

18、 量为4 mol，平均相对分子质量与气体的总物质的量成反比，设,反应后气体的总物质的量为x mol，则有：,8.5 10,x 4,应前后气体的物质的量差值为0.6 mol，设反应消耗N2的物质 的量为 y mol，生成氨的物质的量为 z mol，则有：,N2,3H2,2NH3,物质的量之差,1 y mol,2 z mol,2 0.6 mol,y0.3，z0.6，,N2的转化率为,0.3 1,100%30%；,氨的体积分数为,0.6 3.4,100%17.6%。,(3)4NH35O2=4NO6H2O,答案：(1)N2 来源于空气，H2 可来源于水煤气 (2)在同一条件下，既能向正反应方向进行，又

19、能向逆反,应方向进行的反应,增压、适当温度,Pt-Rh ,作催化剂,氨的催化氧,化反应是放热反应，可使 Pt-Rh 合金网达到一定温度而不必预 热,NONO2 ,(4)可用碱溶液吸收氮的氧化物 2NaNO2H2O,(5)可作化肥和炸药,(6)30% 17.6%,2NaOH=,方法技巧,在合成氨的工业生产中，要综合考虑原料来源、动力、设 备等因素，控制适宜的反应条件，以取得最佳经济效益。,(1)温度：,(2)压强：,(3)催化剂：加快反应速率但不影响平衡，提高单位时间氨,的产量，目前工业上以铁触媒为催化剂。,(4)循环操作：合成氨转化率较低，要采用循环操作。混合 气体通过冷凝器，使氨液化，将氨分

20、离出来，并将没有完全反 应的 N2 和 H2 经过循环压缩机，再送入合成塔，使其被充分利 用。,考点三,纯碱工业,【知识梳理】,【考点集训】,例6工业生产纯碱的工艺流程示意图如下：,完成下列填空：,(1)粗盐水加入沉淀剂 A、B 除杂质(沉淀剂A来源于石灰窑,厂)，写出 A、B 的化学式：,A_，B_。,(2)实验室提纯粗盐的实验操作依次为：取样、_、 沉淀、_、_、冷却结晶、_、烘干。 (3) 工业生产纯碱工艺流程中，碳酸化时产生的现象是 _。碳酸化时没有析出碳酸钠晶 体，其原因是_。,(4)碳酸化后过滤，滤液 D 最主要的成分是_(填写 化学式)，检验这一成分的阴离子的具体方法是：_。,(

21、5)氨碱法流程中氨是循环使用的，为此，滤液 D 加入石灰 水产生氨加石灰水后所发生的反应的离子方程式为： _，滤液 D 加石灰水前先要加热，原 因是_。,(6)产品纯碱中含有碳酸氢钠如果用加热分解的方法测定 纯碱中碳酸氢钠的质量分数，纯碱中碳酸氢钠的质量分数可表 示为：_。(注明你的表达式中所用的有关符 号的含义),其和石灰水反应时：NH4 OH,84(m1m2),84(m1m2),解析：(1)沉淀剂 A 源于石灰窑，说明其是生石灰或熟石灰；粗 盐中的镁离子和钙离子一般用碳酸钠除去，(4)根据操作过程，氨化 后通入二氧化碳的溶液发生复分解反应，反应的化学方程式为：H2O CO2NH3NaCl=

22、NaHCO3NH4Cl，最终得到 NH4Cl 还有碳酸 氢钠等，碳酸氢钠溶解度很小而结晶，故酸化后滤液的主要成分是 NH4Cl；检验其中的氯离子时，要经过取样，加硝酸酸化，加硝酸银， 有白色沉淀，该阴离子是氯离子。(5)滤液中主要含有的是氯化铵，,NH3H2O；由于滤液中还,含有一定量的碳酸氢钠，故此加石灰水前先加热，是为防止加石灰水 时产生碳酸钙沉淀。(6)假设加热前纯碱的质量为 m1，加热后的质量 为m2，则加热损失的质量为：m1m2，则纯碱中碳酸氢钠的质量为：,31,，故纯碱中含有的碳酸氢钠的质量分数为,31m1,。,答案：(1)Ca(OH)2 或 CaO,Na2CO3,(2)溶解,过滤

23、,蒸发,过滤,(3)有晶体析出(或出现浑浊),碳酸钠溶解度比碳酸氢钠大,取样，加硝酸酸化，加硝酸银，有白色沉淀，该阴离,(4)NH4Cl 子是氯离子,(6),84(m1m2) 31m1,(加热前纯碱的质量为m1，加热后的质量为 m2),例7工业上可用食盐和石灰石为主要原料，经不同的方法,生产纯碱。请回答下列问题：,(1)路布兰法是以食盐、石灰石、浓硫酸、焦炭为原料，在,高温下进行煅烧，再浸取、结晶而制得纯碱。,食盐和浓硫酸反应的化学方程式为_； 硫酸钠和焦炭、石灰石反应的化学方程式为_ _(已知产物之一为CaS)。 (2)氨碱法的工艺如图所示，得到的碳酸氢钠经煅烧生成纯,碱。,图中的中间产物C

24、是_(写化学式，后同)，,D是_；,装置乙中发生反应的化学方程式为_。 (3)联合制碱法是对氨碱法的改进，其优点是_。,(4)有人认为碳酸氢钾与碳酸氢钠的化学性质相似，故也可 用氨碱法以氯化钾和石灰石等为原料制碳酸钾。请结合下图的 溶解度(S)随温度变化曲线，分析说明是否可行？_,_ _,_。,答案：(1)2NaClH2SO4(浓) Na2SO4 CaCO3 4C,Na2SO42HCl CaS Na2CO3 4CO 或,Na2SO42CCaCO3,CaSNa2CO32CO2,(2)Ca(OH)2 NH3 NH3CO2NaClH2O=NaHCO3NH4Cl (3)提高了食盐的利用率；NH4Cl

25、可作氮肥；可与合成氨厂 联合，使合成氨的原料气转化成 CO2，节省原料 (4)不可行，由溶解度(S)随温度变化曲线可知，NaHCO3的 溶解度较小且受温度的影响不大；KHCO3的溶解度较大且受温 度的影响较大，并且 KHCO3 的溶解度与 NH4Cl相差不大，故 不能用氨碱法制碳酸钾,方法技巧,(1)向饱和食盐水中通入氨气和二氧化碳的顺序是先通氨 气再通二氧化碳，因为氨气在水中的溶解度大，先通氨气会吸 收更多的二氧化碳，有利于生成较多的碳酸氢钠而析出。 (2)在氨碱法和联合制碱法的过程中，CO2均可循环利用。 (3)联合制碱法和氨碱法相比较，主要优点是提高了原料的,利用率，同时得到氮肥。,考点

26、四,农药、化肥和表面活性剂,【知识梳理】 1化肥为农作物补充必要的营养元素。农业生产中，大量 施用的化肥主要是_、_和_。磷肥包括 _主要成分是_，简称_，还 有_主要成分是_；钾肥主要包括 _ 、_ 、_ 等；氮肥包括 _、_、_等；尿素的工业生产原,氮肥,磷肥,钾肥,过磷酸钙,Ca(H2PO4)2H2O和CaSO4,普钙,Ca3(PO4)2 和 Mg3(PO4)2,草木灰,钙镁磷肥,KCl,K2SO4,尿素CO(NH2)2,NH4NO3,NH4HCO3,理用化学方程式表示为_， _；硝酸铵工业生产方法为 _，_， _，_； 复合肥料是指氮、磷、钾三种养分中，至少有两种养分，常见 的复合肥料

27、有：NH4H2PO4、(NH4)2HPO4、KNO3、KH2PO4。,2NH3CO2,H2NCOONH4,H2NCOONH4,H2NCONH2H2O,2NOO2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO,NH3HNO3=NH4NO3,2农药按用途分为：杀虫剂，如有机氯类、有机磷类、拟 除虫菊酯类等；杀菌剂，如波尔多液等；除草剂，如 2,4-D 等； 植物生长调节剂，如_等。农药的主要危害是：对农产 品造成污染，危及食品安全；破坏生物链，影响生态平衡；对,环境造成严重污染，危及人类健康和生命安全。,乙烯利,3肥皂。 4合成洗涤剂的主要成分是表面活性剂(如十二烷基苯磺,酸钠,)，能够去除油污，里面

28、还含有杀菌剂、织物柔,软剂、助剂等辅助成分。,【考点集训】,例8 .某生态系统中氮循环如图所示：,(1)哪一类生物能将蛋白质转化为氨_。 A分解者 B藻类,C化能合成类生物,(2)该生态系统的豆科植物不施氮肥，仍能表现出良好的长 势，其原因是_。 (3)写出工业固氮的化学方程式：_。 (4)雷雨中常有微量的硝酸生成，而为农作物所利用，用化 学方程式表示 HNO3 的形成过程：_。 .某学生为证明某一白色固体是硫酸铵，他设计了两种方 法：,答案：.(1)A (2)豆科植物根部的根瘤菌能将游离态的氮 转化为化合态的氮，从而满足自身营养的需要,(3)N23H2,2NH3,(4)N2O2,2NO,2N

29、O,O2=2NO2,3NO2H2O=2HNO3NO .取少量样品，加入 NaOH 溶液，微热，用湿润的红色石,蕊试纸检验,红色试纸变蓝,方案,先加入稀盐酸，排除,例9(2015 年湖北武汉调研)化学肥料在农业生产中有重要 作用。农业生产中，大量施用的化肥主要是氮肥、磷肥和钾肥。 (1)普钙是磷肥，它的有效成分是_(写化,学式)。,(2)尿素是一种含氮量较高的氮肥，工业生产尿素是将氨气 与二氧化碳在加压、加热的条件下反应生成氨基甲酸铵 (H2NCOONH4)，再使氨基甲酸铵脱水得到尿素。反应的化学方 程式为_、_。 (3)农谚说的“粪和灰，肥料飞”指的是粪尿与草木灰搅和 在一起会降低肥效。请你说

30、明其中的化学原理：_。,为 K2CO3，K2CO3 受潮后水解为 KOH，显碱性，NH4 与 OH,答案：(1)Ca(H2PO4)2H2O,(2)2NH3CO2,H2NCOONH4,H2NCOONH4,H2NCONH2H2O,(3)粪尿中的氮元素最终转化为铵盐，而草木灰的有效成分,可发生反应生成 NH3，NH3逸出而降低肥效,规律总结,化工生产中常涉及计算的几种方法,1关系式法。 (1)元素守恒法：理论上，原料中的某种核心元素全部进入 产品中，因此依据守恒原理可以得出相应的关系式，如：硫铁 矿制硫酸：FeS2(2SO22SO3)2H2SO4，硫黄制硫酸：S( SO2 SO3) H2SO4，氨氧化法制硝酸：NH3( NO NO2) HNO3，磁铁矿炼铁：Fe3O43Fe。,(2)化学方程式加合法：例如：CH2O,COH2()，,COH2O 得 C2H2O,CO2H2()，将()式和()式加合消去 CO， CO22H2()；再与 N23H2,2NH3()加合消去 H2，得 3C6H2O2N2=3CO24NH3，即 C 与 NH3 之间